(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無接点電力受信装置側に電力充電及びデータ送信用の誘導磁場が発生するようにした無接点電力充電ステーションにおいて、
前記無接点電力充電ステーションの内部に設けられ、電力送信及びデータの送受信を制御するための送信コントローラと、
１次コアを含み、前記誘導磁場を発生すると共に上部に前記無接点電力受信装置を置くためのステーション部と、
強さを示す応答信号を、前記無接点電力受信装置から受信する、前記１次コアに接続された受信信号処理部と、
を備え、
前記１次コアは、二層の構造で構成され、第１の層は１つのベースコアで構成され、第２の層は２つの他のコアで構成され、
前記ベースコアは、前記２つの他のコアの間の位置に配置されると共に、前記２つの他のコアの各々と部分的に重なり、
前記送信コントローラは、前記応答信号に基づいて、前記ベースコアと前記２つの他のコアの中の、最大の強さを有する少なくとも１つのコアを選択し、
前記無接点電力充電ステーションは、前記の少なくとも１つのコアを通じて第１電力信号を送信し、前記第１電力信号に対する補償信号を前記無接点電力受信装置から受信し、前記補償信号に基づいて補償された第２電力信号を前記無接点電力受信装置に送信する
無接点電力充電ステーション。
【請求項２】
前記１次コアは、平面螺旋形のコア構造(PSCS、Planar Spiral Core Structure)を有するパワートランスＰＣＢコア(PT-ＰＣＢコア、Power Transmission-Printed Circuit Board Core)を含む誘導パターンコアによって構成される請求項１に記載の無接点電力充電ステーション。
【請求項３】
電源を供給するための電源供給部と、
前記電源供給部の電力が前記１次コアの前記ベースコアと前記２つの他のコアとに供給されるようにするための共振型コンバータと、
送信コントローラの制御下で前記共振型コンバータに発振信号を送るためのプレドライバーと、
前記共振型コンバータを作動するように制御するための送信コントローラと、
データを保存するステーションメモリーと、
前記共振型コンバータと前記ベースコアの間に繋がれる第１スイッチと、
前記共振型コンバータと第１の他のコアの間に繋がれる第２スイッチと、
前記共振型コンバータと第２の他のコアの間に繋がれる第３スイッチと、を備えて、
前記送信コントローラの制御によって前記第１スイッチ、前記第２スイッチ、前記第３スイッチが作動するようにするソリッドステートリレーコントローラを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の無接点電力充電ステーション。
【請求項４】
前記第１の層は、前記第２の層よりも低い請求項１に記載の無接点電力充電ステーション。
【請求項５】
前記１次コアは遮蔽部を備え、
前記遮蔽部は遮蔽パネル、遮蔽メッシュ、金属薄膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の無接点電力充電ステーション。
【請求項６】
前記応答信号は、前記切り替えられた１つのコアの前記固有ＩＤを含む請求項１に記載の無接点電力充電ステーション。
【請求項７】
２次コアが，無接点電力充電ステーションの１次コアから発生された誘導磁場によって生じた電力信号を受信し、バッテリーパック制御部の制御下で充電がバッテリーセルに充電されると共に充電された電力がポータブル装置に供給される、無接点電力受信装置において、
前記無接点電力受信装置は前記バッテリーセルの上部面に前記２次コアを備えて、
前記バッテリーセルの先端のふちまたは側部のふちに前記バッテリーパック制御部を備えた充電ＰＣＢボードを備えて、
先端のふちまたは側部のふちの前記充電ＰＣＢボードには前記ポータブル装置側に電源が供給されるように端子接触するためのターミナル端子部を備えて、
前記ターミナル端子部は中央に位置する中央端子部、左側に位置する左端子部、右側に位置する右端子部として具備し、
前記充電ＰＣＢボードには前記２次コアと繋がれて誘導電流を整流する整流部ブロックと、
前記２次コアによって送受信されるデータを処理するバッテリーパック制御部と、
前記バッテリーパック制御部の制御によって前記整流部ブロックから供給される電力がバッテリーセルに充電されるようにする充電回路部ブロックと、
前記バッテリーセルの充電程度を見張って満充電または放電状態の信号を前記バッテリーパック制御部へ送る充電監視回路部と、
を備え、
前記無接点電力充電ステーションの前記１次コアは、二層の構造で構成され、第１の層は１つのベースコアで構成され、第２の層は２つの他のコアで構成され、
前記無接点電力受信装置は、各々のコアから送信された信号の強さを検出しかつ前記強さを含む応答信号を前記無接点充電ステーションに送信し、
整流端で測定される電圧が基準値以下になると、前記無接点電力充電ステーションに電力補償に対する補償信号を送信をして、前記補償信号に基づいて補償された電力信号を前記無接点電力充電ステーションから受信する
ことを特徴とする無接点電力受信装置。
【請求項８】
前記充電監視回路部には前記ターミナル端子部の前記左端子部、中央端子部、右端子部の中である一つの端子部に電力送信が成り立つように制御するためのターミナルコントローラーを備えることを特徴とする請求項７に記載の無接点電力受信装置。
【請求項９】
前記２次コアはパターンコアの下側に遮蔽部を備えており、
前記遮蔽部は遮蔽パネル、遮蔽メッシュ、金属薄膜として備えることを特徴とする請求項７に記載の無接点電力受信装置。
【請求項１０】
前記２次コアはＰＣＢベースにパターンコアを備えて、前記ＰＣＢベースが前記無接点電力受信装置の内部に締結されるように備えて、
前記パターンコアは平面螺旋形のコア構造 (PSCS、Planar Spiral Core Structure)とするパワートランス平面螺旋コア (PT-PSコア、Power Transmission-Planar Spiral Core) として備えられることを特徴とする請求項７に記載の無接点電力受信装置。
【請求項１１】
前記無接点電力受信装置は前記充電ＰＣＢボードを前記バッテリーセルの先端のふちに結合された先端結合型で備えられるか、または前記充電ＰＣＢボードが前記バッテリーセルの側部のふちに結合された側部結合型で備えられて、
前記バッテリーセルの後端に下部ケースが結合されて、先端で先端ケースが結合されて、前記バッテリーセルの外部に外部ケースが結合されて、
先端結合型で具備される先端充電ＰＣＢボードは先端ケースと先端ＰＣＢケースの間に内在してバッテリーセルの端子及び２次コアとそれぞれ繋がれるか、また側部結合型で具備される側部充電ＰＣＢボードは前記バッテリーセルの側部に結合される側部ＰＣＢケースに内在してバッテリーセルの端子及び２次コアとそれぞれ繋がれるように備えることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか一項に記載の無接点電力受信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は平面螺旋形コア構造のコアを備える無接点電力充電ステーション、無接点電力受信装置及びその制御方法に関するもので、より詳しくはポータブル装置に誘導磁場を利用して電力信号を送る無接点電力充電ステーションの１次側コアがコアベースに平面螺旋形コア構造になるパワートランスＰＣＢコア（ＰＴ−ＰＣＢコア：Power Transmission-Printed Circuit Board Core）で構成し、パワートランスＰＣＢコアの形態が単純で無接点充電器に容易に装着することができるように適用性を進めて、受信側のコアの体積が小さくなって受信装置の全体の大きさが小さくなってポータブル装置に装着する装着特性を良好にしたものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に携帯電話、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ＤＭＢ端末機、ＭＰ３またはノート・パソコンのようなポータブル装置は移動しながら使うため、一般の家庭の電源を直接さして電源の供給を受けることができず、使い捨てバッテリー（１次電池）を装着するとか充放電が可能なバッテリー（２次電池）を装着するのである。このようなポータブル装置のバッテリーに電気を充電させるための充電器は一般の電源から電気の供給を受けてバッテリーに電源供給線及び電源供給端子を通じてバッテリーパックに電源を供給する端子供給方式が利用されている。
【０００３】
しかしこのように端子供給方式で電源を供給すれば、充電器とバッテリーをお互いに結合するとか分離する場合に、両側の端子にお互いに違う電位差が発生し、このような電位差によって端子部分で瞬間放電現象が発生する。
【０００４】
このような瞬間放電現象は両側端子に異物質の積もる要因になって、これにより火事が発生する恐れもある。
【０００５】
また端子が空気に直接に露出するため、湿り気またはほこりがついて自然放電することがあるなど、充電器及びバッテリーの寿命と性能を低下させる問題点がある。
【０００６】
このような端子供給方式の問題点を解決するために、無接点充電器が開発されたのである。このような従来技術による無接点充電器は無接点充電器の１次コイルの上部に、充電しようとするバッテリーを内在した端末機を位置させれば、バッテリーの２次コイルによって充電される。言い換えれば、１次コイルで発生される磁場によって２次コイルでは誘導起電力が発生することで、このように誘導される電気を充電することになる。
【０００７】
しかしこのような従来の無接点充電器はただポータブル端末機に電力を供給するだけで、他の利用が限定されていて実用性に制限がある。
【０００８】
また１次コイルで発生される磁場に対して金属が置かれると、１次コイル側の磁場が変化し、このような磁場の変化によって１次コイルに相当な電力の損失が発生して無接点充電器が破損されることがあるなどの問題点がある。
【０００９】
また２次側コイル及びバッテリーパックの回路に過電流が流れると発熱現象が起きて結局バッテリーパックが過熱による爆発事故の発生する恐れがある。
【００１０】
その上に、大部分の１次側コア及び２次側コアは薄く細長い電線を多数組んで一つの太いリッツコイル（Litz Coil）ができるから、多い量の電線材料が必要となることは勿論、全体の充電器の大きさが大きくなって、充電器の大きさも大きくなるだけでなく構造的にも複雑になって製造するにも困難があり、多数の半導体が装着されるポータブル端末機及びバッテリーパックに装着しにくいだけでなく、多数のコントローラー及び部材に、熱や磁場で影響を与えることで、誤作動の原因になることがあるという問題点がある。
【００１１】
それだけでなく、多様な形態で形成しにくいから多様な技術範囲に適用することにも限界がある。例えば、携帯電話、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ＤＭＢ端末機、ＭＰ３またはノート・パソコンなどの分野別に、製造会社別にバッテリーパックの端子位置が違うから、一つのバッテリーパックが共用されない問題点がある。
【００１２】
また、従来の無接点充電器では太いコイルを利用するから、全体の充電器の大きさが大きくなって、充電器の大きさも大きくなるだけでなく構造的にも複雑になって製造しにくい短所がある。
【００１３】
それだけでなく、多様な形態で形成しにくくて利用に限界があって、充電作動の中に揺れでバッテリーパックが動くと電力の送信がまともに成り立たず、送信の効率が低下する問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
前記のような問題点を解消するための本発明は、誘導磁場を利用してポータブル装置側へ電力信号を送る無接点電力充電ステーションの１次側コアを平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコアで構成して、コアなどの形態を単純化することで、無接点充電器などに対する適用性を向上するようとする平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーション、無接点電力受信装置及びその制御方法を提供することにある。
【００１５】
また、１次側コアが平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコアで構成されるから複層構造の構成が可能であり、このような構造の多様性によって充電対象になるポータブル装置の位置を移動しても円滑な充電作動の保障を受けることができて、ポータブル装置を安定的に充電することができる平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーション、無接点電力受信装置及びその制御方法を提供することに目的がある。
【００１６】
特に、厚さ薄いパワートランスＰＣＢコアを多数個で構成して１次側コアを形成して、各パワートランスＰＣＢコアの動作を個別制御することで、ポータブル装置が一つのコアに対応する位置で他のコアに対応する位置へ移動される場合（例えばどの位少しの揺れで充電の中であったコアで移動される場合）などにも電力送信の制御アルゴリズムを通じてポータブル装置への電力送信が安定的に成り立つようとする平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーション、無接点電力受信装置及びその制御方法を提供する。
【００１７】
これに加えて、本発明は無接点電力受信装置の受信コアである２次側コアを平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコアで構成して受信側のコアの体積を最小化することで、ポータブル装置の全体の大きさを最小化することは勿論、ポータブル装置に装着される特性を進めるのである。
【００１８】
また、このようなパワートランスＰＣＢコアはＰＣＢに平面形態に形成されるから、製品の製作が容易にて電力受信の特性が向上された平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーション、無接点電力受信装置及びその制御方法を提供することができる。
【００１９】
さらに、一つの無接点電力受信装置の接続端子を多数で構成することで、一つのバッテリーパックを利用して多様なポータブル装置に適用しようとする目的がある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記のような目的を果たすために本発明は、無接点電力受信装置５０側に電力充電及びデータ送信用の誘導磁場が発生するようにした無接点電力充電ステーション１０において、前記無接点電力充電ステーション１０は内部に電力送信及びデータの送受信のための送信コントローラー１１と、前記送信コントローラー１１と電気的に繋がれて誘導磁場が発生されるようにして上部に前記無接点電力受信装置５０が置かれるステーション部３０を備え、前記ステーション部３０は誘導磁場が発生されるようにする１次側コア部３１を備え、前記１次側コア部３１はコアベース３２に誘導パターンコア３３を備えて、前記コアベース３２が前記ステーション部３０に締結されるように備え、前記誘導パターンコア３３は平面螺旋形のコア構造（ＰＳＣＳ、Planar Spiral Core Structure）となるパワートランスＰＣＢコア（ＰＴ−ＰＣＢコア、Power Transmission-Printed Circuit Board Core）として備えられることを特徴とする平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコアを備える無接点電力充電ステーションを提供することにある。
【００２１】
また、本発明は送信コントローラー１１の制御によって１次側コア部３１から無接点電力受信装置５０側へ固有ＩＤ信号を要請するスタンバイ段階Ｓ１１と、前記スタンバイ段階で前記無接点電力受信装置５０から固有ＩＤ信号が送信されて受信信号処理部１９で信号処理するＩＤ信号検出段階Ｓ１２と、前記受信信号処理部１９で検出された信号が送信コントローラー１１へ送信されて、検出された信号が第１上部コア３３２、第２上部コア３３３、底部コア３３１の中でどのコアから感知された信号なのかを判別する位置判別段階Ｓ１３と、前記位置判別段階によって判別される当該のコア側にスイッチング作動するようとするスイッチング信号をステートコントロールブロック２２側へ送るスイッチング制御信号送信段階Ｓ１４と、前記スイッチング制御信号送信段階とともにプレドライバー（Pre-Driver）１５側へ電力送信制御信号を送って共振型コンバータ１４で第１のスイッチ部２１１、第２のスイッチ部２１２、第３のスイッチ部２１３側に電力が印加されるようにして、スイッチオンになる当該のコアで電力の印加を受けて誘導磁場が発生されるようにする無接点電力送信段階Ｓ１５と、を備えることを特徴とする平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコアを備える無接点電力充電ステーションの制御方法を提供する。
【００２２】
そして、本発明による平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコアを備える無接点電力充電ステーションは、無接点電力受信装置５０側へ電力充電及びデータ送信用の誘導磁場信号が発信されるようにする無接点電力充電ステーション１０において、前記無接点電力充電ステーション１０は内部に電力送信及びデータの送受信のための送信コントローラー１１と、前記送信コントローラー１１と電気的に繋がれる１次側コア部３１を内在して誘導磁場信号が発信されるようにして上部に前記無接点電力受信装置５０が置かれるステーション部３０を備えて、前記１次側コア部３１はコアベース３２に誘導パターンコア３３を備え、前記コアベース３２を前記ステーション部３０に備えて、前記誘導パターンコア３３は薄い多数本のコイルが横方向で並んで形成された平面単位コア３３０を利用する平面螺旋形のコア構造（ＰＳＣＳ、Planar Spiral Core Structure）として成り立つＰＴＰＳコア（ＰＴ−ＰＳコア、Power Transmission-Planar Spiral Core）で具備し、前記誘導パターンコア３３はコアベース３２の上部に第１平面コア３３５と第２平面コア３３６を備えることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明は、無接点電力充電ステーション１０で発信される誘導磁場信号に対して、無接点電力受信装置５０の２次側コア部５１で誘導磁場による電力信号の受信を受けてバッテリーパック制御部５４の制御によって電源がバッテリーセル５３に充電されるように具備し、充電された電源がポータブル装置（Ｍ）に供給されるように具備する無接点電力受信装置において、前記無接点電力受信装置５０は前記バッテリーセル５３の上部面に前記２次側コア部５１を備えて、前記バッテリーセル５３の先端のふちまたは側部のふちに前記バッテリーパック制御部５４を備えた充電ＰＣＢボード７１，８１を備えて、先端のふちまたは側部のふちの前記充電ＰＣＢボード７１，８１には前記ポータブル装置（Ｍ）側へ電源が供給されるように端子接触するためのターミナル端子部５８を備えて、前記ターミナル端子部５８は中央に位置する中央端子部５８２、左側に位置する左端子部５８１、右側に位置する右端子部５８３で具備し、前記充電ＰＣＢボード７１，８１には前記２次側コア部５１と繋がれて誘導電流を整流する整流部ブロック５２（Rectifier block）と、前記２次側コア部５１によって送受信されるデータを処理するバッテリーパック制御部５４と、前記バッテリーパック制御部５４の制御によって前記整流部ブロック５２から供給される電力がバッテリーセル５３に充電されるようにする充電回路部ブロック５５と、前記バッテリーセル５３の充電程度を見張って満充電または放電状態の信号を前記バッテリーパック制御部５４へ送る充電監視回路部５６と、を備えることを特徴とする無接点電力受信装置を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明による無接点電力充電ステーション及び無接点電力受信装置に対する例を示すブロック図である。
【図２】本発明による無接点電力充電ステーションの１次側コア部に対する例を示す断面図である。
【図３】本発明による無接点電力充電ステーションの１次側コア部に対する例を示す平面図である。
【図４】本発明による無接点電力充電ステーションの１次側コア部に対する例を示す平面図である。
【図５】本発明による無接点電力充電ステーションの１次側コア部に対する例を示す平面図である。
【図６】図５に現わした複層構造の１次側コア部を制御するための無接点電力充電ステーション及び無接点電力受信装置のブロック図である。
【図７】本発明による平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーション及び無接点電力受信装置に対する制御方法の例を示す流れ図である。
【図８】本発明による平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーションに対する動作制御の例を示す手順図である。
【図９】本発明による平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力受信装置に対する動作制御の例を示す手順図である。
【図１０】本発明による１次側コア及び２次側コアに構成される単位コアの例を示す断面斜視図である。
【図１１】電圧補正前の１次側及び２次側の誘導電力と効率を示すグラフである。
【図１２】本発明によって電圧を補正した１次側及び２次側の誘導電力と効率を示すグラフである。
【図１３】本発明による平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力受信装置に対する他の例を示すブロック図である。
【図１４】図１３に現わしたバッテリーパック制御部の例を示す回路図である。
【図１５】本発明による無接点電力受信装置の２次側コア部に対する例を示す平面図である。
【図１６】本発明による無接点電力受信装置の２次側コア部に対する性能試験方法を示す例示図である。
【図１７】本発明による無接点電力受信装置に対する例を示す分解斜視図である。
【図１８】本発明による無接点電力受信装置に対する例を示す分解斜視図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明による平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーション、無接点電力受信装置及びその制御方法に対する例は多様に適用することができ、以下では添付された図面を参照して好ましい実施例に対して説明する。
【００２６】
図１に示したように、本発明は無接点電力充電ステーション１０の１次側コア部３１から誘導磁場による電力信号が発生されれば、無接点電力受信装置５０の２次側コア部５１が前記電力信号の送信を受けてバッテリーセル５３を充電するのである。
【００２７】
このために、前記無接点電力充電ステーション１０は内部に電力送信及びデータの送受信のための送信コントローラー１１と、前記送信コントローラー１１と電気的に繋がれて誘導磁場を発生する１次側コア部３１を含むステーション部３０を構成して、外部電源の供給を受けて前記無接点電力充電ステーション１０の各部材（電子素子など）に電源を供給して１次側コア部３１から誘導磁場が発生されるようにするための電源を供給する電源供給部１３を備える。ここで、前記電源供給部１３は外部の器機（図１のコンピューター）とデータ通信が可能であるように構成することが好ましい。
【００２８】
さらに、前記無接点電力充電ステーション１０には電源供給部１３の電源を１次側コア部３１へ供給するための共振型コンバータ１４、送信コントローラー１１の制御によって前記共振型コンバータ１４へ発振信号を送るためのプレドライバー１５などが一緒に構成される。言い換えれば、プレドライバー１５は送信コントローラー１１から送信された発振信号に対応して共振型コンバータ１４を駆動することで、電源供給部１３から供給される電源を１次側コア部３１に供給するようになる。
【００２９】
また、本発明によって処理される無接点電力充電ステーション１０の内部動作に対するプロセッサー及び処理結果などのデータは保存手段であるステーションメモリー部１２に保存される。
【００３０】
そして、前記無接点電力充電ステーション１０には、１次側コア部３１と繋がれて前記無接点電力受信装置５０から送信される信号を処理して前記送信コントローラー１１へ送る受信信号処理部１９がさらに構成される。ここで、前記受信信号処理部１９は下記でより詳しく説明する。
【００３１】
一方、前記無接点電力充電ステーション１０の無接点充電ケース（図示しない）には、動作の可否のための電源オン/オフ  スイッチ、信号入力のための入力パネル、前記ステーション部３０である無接点充電プレート、前記無接点電力受信装置５０での充電状態を表示するためのエルシーディーパネルと充電状態のエルイーディーなどの表示部のような付加機能のための手段を追加的に構成することができる。
【００３２】
したがって携帯電話、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ＤＭＢ端末機、ＭＰ３、ＵＭＰＣ、ノート・パソコンなどのようなポータブル装置、またはポータブル装置に脱付着できるように設置されるバッテリーパックなどの無接点電力受信装置５０が前記無接点電力充電ステーション１０のステーション部３０である充電プレートに置かれれば、前記受信信号処理部１９が無接点電力受信装置５０から送信される信号を処理して送信コントローラー１１に送って、前記送信コントローラー１１は当該の無接点電力受信装置５０を充電するための充電動作を遂行するようになる。
【００３３】
そして、無接点電力充電ステーション１０の電源供給部１３へ供給される外部電源は、コンピューターのＵＳＢポート、ＡＣアダプター、シガージャックなどによる電源を含んで、ＵＳＢポートを利用する場合コンピューターとのデータ通信ができることは当然である。
【００３４】
また、無接点電力充電ステーション１０には無接点電力充電ステーション１０の内部の温度を検出する温度検出部１８を構成して、温度検出部１８で検出される温度が上昇する場合（例えば、ステーション部の温度が部分的に上昇された場合）には選択的に充電動作を中断させて、前記温度検出部１８で検出される温度がより上昇する場合（例えば、無接点電力充電ステーションが全体的に過熱された場合）には全体のシステムの作動が中断されるように構成することができる。
【００３５】
また、無接点電力充電ステーション１０には電源供給部１３、プレドライバー１５、共振型コンバータ１４、受信信号処理部１９などと繋がれて各構成及び構成間の電流を見張る電流センシング素子などの電流検出部１７をさらに構成することができるし、このような電流検出部１７が当該の電子素子が過電流及び過電圧の状態に至るのを検出すれば、無接点電力充電ステーション１０の充電動作を中断したり、システムの作動を停止することができる。
【００３６】
前記ように構成される無接点電力充電ステーション１０及び無接点電力受信装置５０に対して詳しくみると次のようである。
【００３７】
無接点電力充電ステーション１０のステーション部３０に構成された１次側コア部３１から誘導磁場が発生されれば、前記発生された誘導磁場によって無接点電力受信装置５０の２次側コア部５１から誘導電流が発生されて、前記誘導電流による誘導電力でバッテリーセル５３を充電する。
【００３８】
この時、バッテリーパック制御部５４が受信される誘導電力の強度を感知して無接点電力充電ステーション１０側へ送って、無接点電力充電ステーション１０は送信された感知信号（データ）に基づいて１次側コア部３１で発生される誘導磁場の強度を調節する。
【００３９】
したがって、充電される電力を調節することができて、ポータブル装置に安定的に電源を供給することができる。
【００４０】
一方、前記無接点電力受信装置５０は、ポータブル装置と別体で構成してポータブル装置に脱付着することができるようにするバッテリーパックまたはセミバッテリーパックなどで構成されることができるし、当業者の要求によってポータブル装置に内蔵する一体型で構成されることもできる。
【００４１】
前記のような誘導電力の供給を受けるための無接点電力受信装置５０には、２次側コア部５１と繋がれて誘導電流を整流する整流部ブロック５２と、２次側コア部５１を通じて送受信されるデータを処理するバッテリーパック制御部５４が構成される。ここで、前記２次側コア部５１で送信されるデータは無接点電力充電ステーション１０の電流検出部１７を通じて検出することができる。
【００４２】
また、前記無接点電力受信装置５０には、前記バッテリーパック制御部５４の制御によって前記整流部ブロック５２から供給される電力がバッテリーセル５３に充電されるようにする充電回路部ブロック５５と、前記バッテリーセル５３の充電程度を見張って満充電または放電状態の信号を前記バッテリーパック制御部５４へ送る充電監視回路部ブロック５６がさらに含まれて構成される。
【００４３】
前記バッテリーパック制御部５４は整流部ブロック５２、充電回路部ブロック５５、充電監視回路部ブロック５６、ケージブロック５７などの無接点電力受信装置５０の構成を制御して、バッテリーセル５３の充電状態をモニタリングして、充電状態情報などのデータを無接点電力充電ステーション１０へ送る。ここで、充電監視回路部ブロック５６は前記充電回路部ブロック５５とバッテリーセル５３の間に構成されて、前記バッテリーセル５３に供給される電力の電流を検出して前記バッテリーセル５３の充電状態情報をバッテリーパック制御部５４へ送って、バッテリーパックの過電圧、不足電圧、過電流、短絡などを感知する。
【００４４】
また、無接点電力受信装置５０のバッテリーパック制御部５４は前記２次側コア部５１を通じて受信される誘導電力を見張って、前記誘導電力の電圧を測定して誘導電力が安定的に受信されるかどうかを判断するようになる。この時、受信される誘導電力の基準電圧は当業者の要求によって当該の無接点電力受信装置５０の選択仕樣別で多様に選択されることができるし、主に２〜２０Ｖ程度に設定されることができるし、特に一般的なポータブル装置に適用される場合には概して５Ｖ程度に設定されることができる。
【００４５】
前記充電監視回路部ブロック５６は設定された基準電圧と受信される誘導電力の電圧を比べて誘導電力の電圧が低電圧なのか高電圧なのかを判断するようになる。例えば、基準電圧が５Ｖの場合、誘導電力の電圧が５Ｖより−１.５Ｖないし−０.５Ｖ程度に減圧されて感知されれば低電圧と判断して、誘導電力の電圧が５Ｖより＋１.５Ｖないし＋０.５Ｖ程度に昇圧されて感知されれば高電圧と判断する。
【００４６】
前記ように受信される誘導電力の電圧が高電圧または低電圧と判断されれば、バッテリーパック制御部５４は無接点電力受信装置５０の固有ＩＤとともに電圧補正の程度に対する情報を無接点電力充電ステーション１０側へ送って、前記無接点電力充電ステーション１０は送信された電圧補正の情報に基づいて１次側コア部３１で誘導される電力の強度を制御するようになる。
【００４７】
前記無接点電力充電ステーション１０の１次側コア部３１は図２に示したように、コアベース３２に誘導パターンコア３３を備えて、前記コアベース３２が前記ステーション部３０に締結されるように構成する。
【００４８】
前記誘導パターンコア３３は平面螺旋形のコア構造で構成されたパワートランスＰＣＢコアで構成される。ここで、前記パワートランスＰＣＢコアはＰＣＢに同材質の平面螺旋形コアを単一層または 複数層で形成したことで、図３のような四角形螺旋コア構造と図４のような円形螺旋コア構造を含めて、楕円形螺旋コア構造、多角形螺旋コア構造などで構成することができる。
【００４９】
したがって、本発明のように１次側コア部３１の誘導パターンコア３３をパワートランスＰＣＢコアで構成される平面螺旋形コア構造で形成すれば、コアベース３２上に誘導パターンコア３３を製造するにおいて容易性が向上するだけでなく、製造された１次側コア部３１をステーション部３０に容易に設置することができるなどの長所がある。
【００５０】
また、図２及び図５のように誘導パターンコア３３が上部側の第１上部コア３３２及び第２上部コア３３３とともに底部コア３３１にする複層構造で構成することができるし、当業者の要求によって多数の平面コア層構造を持つように構成することもできる。
【００５１】
例えば、電力消耗が少ない小型のポータブル装置に適用するための充電ステーションの場合にはコアの層を単一層で形成して、電力消耗が大きい大型のポータブル装置に対してはコアの層を多層構造で形成して、電力受信率を進めることと同時に安定的な充電が成り立つようとする。
【００５２】
そして、図２に示したように１次側コア部３１の誘導パターンコア３３の上部には、ＰＳＲコーティング層３４を形成して、前記誘導パターンコア３３の損傷を防止することで、より安定的に誘導磁場が発生されることができるようにする。ここで、前記ＰＳＲコーティング層３４を無電解金めっき層で構成することができるし、このような場合には同材質で構成される１次側コア部３１の誘導パターンコア３３が損傷されることを防止するだけでなく２次側のバッテリーパックに発信される誘導磁場の効率が向上して、全体的に電力送信効率を進めることができる。
【００５３】
また、前記１次側コア部３１は前記誘導パターンコア３３の下側に遮蔽部３５を構成して、前記遮蔽部３５は遮蔽パネル部３５１、遮蔽メッシュ部３５２、金属薄膜部３５３を備えて構成する。
【００５４】
前記遮蔽パネル部３５１はセンダスト５５〜７５重量部に対して２５〜５５重量部のポリウレタンが含まれて具備されることができる。ここで、前記センダスト（sendust）はアルミニウム、珪素、鉄などで組成される高透磁率合金として、遮蔽性能が卓越なセンダストとポリウレタンを一緒に組成して送信遮蔽パネルを具備するのである。この時、センダストが５５重量部未満ならば遮蔽性能が低下される恐れがあって、一方７５重量部超過の場合には投与される量に比べて性能が向上しなくなる。
【００５５】
このようにパネル形態を成しながらセンダストが含まれて成り立つ遮蔽パネル部３５１によって、下部へ発散される磁場を効果的に遮蔽することで、無接点電力充電ステーション１０に実装される電子素子などの性能を保障することができるようになる。
【００５６】
そして、前記遮蔽メッシュ部３５２は誘導磁場によって発生される誘導起電力に対する渦電流を低減するようになる部材で、網形状に形成されるポリエステルに渦電流低減組成物がめっきされて成り立って、前記渦電流低減組成物はニッケル５５〜６５重量部に対して３５〜４５重量部の亜鉛が含まれて具備されることができるし、金属網形状で１００メッシュないし２００メッシュ位で、より好ましくは１３５メッシュで成り立つことができる。
【００５７】
したがって、無接点電力充電ステーション１０で発生される恐れがある渦電流が渦電流低減部材である遮蔽メッシュ部３５２によって消滅するようにする。
【００５８】
そして、前記金属薄膜部３５３はアルミニウム薄膜で形成されることで遮蔽部３５（ＨＰＥＳ：Hanrim Postech Electro-magnetic shield）の一番下側で最終的に磁場を遮断して、回路に影響を与えないように具備されるのである。
【００５９】
このように具備される本発明による無接点電力充電ステーション１０は図５に示したようにステーション部３０の１次側コア部３１が少なくとも一つの上部コア及び下部コアで構成されることができるし、このような上部コア及び下部コアは平面上で一部分が重なるように構成する。
【００６０】
前記ように上部コア及び底部コアを繰り返し構成する場合、例えば図５に示したように無接点電力受信装置５０が第１上部コア３３２上から下方向へ移動するようになると、底部コア３３１及び第２上部コア３３３で無接点電力受信装置５０の２次側コア部５１と通信ができるから、底部コア３３１と第２上部コア３３３を通じて連続的に電力を供給して、前記無接点電力受信装置５０が第２上部コア３３３へ完全に移動すると、第１上部コア３３２を通じる電力供給を中断することで、電力のむだづかいを防止することができる。
【００６１】
これと共に、無接点電力充電ステーション１０の受信信号処理部１９は図６に示したように、１次側コア部３１の底部コア３３１と第１上部コア３３２及び第２上部コア３３３とそれぞれ繋がれた状態で、無接点電力受信装置５０と持続的に信号の送信を受けることができるように構成される。
【００６２】
また、前記底部コア３３１と第１上部コア３３２及び第２上部コア３３３を通じる電力送信を個別的に制御するために、多数個の個別スイッチを構成するが、前記共振型コンバータ１４と前記底部コア３３１の間に繋がれる第１スイッチング部２１１（図６で‘ＳＳＲ１’）と、前記共振型コンバータ１４と前記第１上部コア３３２の間に繋がれる第２スイッチング部２１２（図６で‘ＳＳＲ２’）と、そして前記共振型コンバータ１４と前記第２上部コア３３３の間に繋がれる第３スイッチング部２１３（図６で‘ＳＳＲ３’）などを備えて構成する。
【００６３】
さらに、前記送信コントローラー１１の制御によって前記第１スイッチング部２１１ないし前記第３スイッチング部２１３がスイッチング作動されるようにするステートコントロールブロック２２（Solid State Relay Controller）をさらに構成する。
【００６４】
したがって、送信コントローラー１１で底部コア３３１、第１上部コア３３２及び第２上部コア３３３などを通じて無接点電力受信装置５０を感知して誘導電力を送る際、受信信号処理部１９（ID Checking Logic）が底部コア３３１、第１上部コア３３２または第２上部コア３３３から感知される信号の受信を受けて送信コントローラー１１側へ送れば、前記送信コントローラー１１（Wireless Power Transfer Controller）は底部コア３３１、第１上部コア３３２または第２上部コア３３３の中でどのコアで送受信される信号が一番安定的なのかを判別して、以後に信号送受信が安定的なコアを通じて誘導電力を送るように当該のコアと繋がれるスイッチ部が作動するように制御して、プレドライバー１５（Pre-driver）及び共振型コンバータ１４（Series Full Bridge Resonant Converter）を通じて、当該のコアで電力信号の送信のための誘導磁場を発生するようになる。
【００６５】
以下に、図７ないし図９を参照して、本発明による無接点電力充電ステーション１０の制御方法をみると次のようである。
【００６６】
先に、送信コントローラー１１の制御によって１次側コア部３１から無接点電力受信装置５０側へ固有ＩＤを要請するスタンバイ段階Ｓ１１を遂行する。このようなスタンバイ段階Ｓ１１はプレドライバー１５及び共振型コンバータ１４ そしてステートコントロ−ルブロック２２などを利用して底部コア３３１、第１上部コア３３２、第２上部コア３３３などで順次に固有ＩＤ要請信号を送るようになる。ここで、前記固有ＩＤは１次側コア部３１に構成される各コアの固有ＩＤと無接点電力受信装置５０の固有ＩＤを含む。
【００６７】
そして、スタンバイ段階Ｓ１１で無接点電力受信装置５０は無接点電力充電ステーション１０から送信される信号の受信感度（例、誘導された電流の強度及び電圧の強度など）を感知して、受信感度が一番良いコアを選択した後、無接点電力充電ステーション１０に選択されたコアの固有ＩＤ及び無接点電力受信装置５０の固有ＩＤとともに当該のコアの受信感度に対する情報を含む応答信号を送る。
【００６８】
前記ように無接点電力受信装置５０から送信される応答信号は無接点電力充電ステーション１０の受信信号処理部１９へ送信される。
【００６９】
前記スタンバイ段階Ｓ１１が完了すれば、受信信号処理部１９が前記無接点電力受信装置５０から送信された応答信号を分析処理してデータ別情報を抽出するＩＤ信号検出段階Ｓ１２が遂行される。ここで、前記抽出される情報はコアの固有ＩＤと当該のコアの受信感度、無接点電力受信装置５０の固有ＩＤなどを含む。
【００７０】
前記ＩＤ信号検出段階Ｓ１２が完了すれば、前記受信信号処理部１９で抽出された情報が送信コントローラー１１に送信されて、前記送信コントローラー１１が送信された情報を分析してコアの固有ＩＤが第１上部コア３３２、第２上部コア３３３、底部コア３３１の中でどのコアにあたるかどうかを判別する位置判別段階Ｓ１３を遂行する。
【００７１】
前記ように受信感度が一番良いコアが選択されれば、前記送信コントローラー１１が選択されたコアに対応するスイッチ（例えば、第１上部コアが選択された場合に識別符号‘２１１’であるスイッチ）をオン（ＯＮ）させるスイッチング信号をステートコントロールブロック２２へ送るスイッチング制御信号送信段階Ｓ１４が遂行される。
【００７２】
前記スイッチング制御信号送信段階Ｓ１４によって当該のスイッチがオン（ＯＮ）になると、送信コントローラー１１の制御によってプレドライバー１５が共振型コンバータ１４に発振信号を送って、前記共振型コンバータ１４はオン（ＯＮ）動作されたスイッチを通じて当該のコアに電力を供給して、当該のコアが誘導磁場を発生させるようとする無接点電力送信段階Ｓ１５が遂行されながら、無接点電力受信装置５０のバッテリーセル５３を充電するようになる。ここで、選別されたコアを除いた他のコアに対応するスイッチはオフ（ＯＦＦ）になるように制御して電力がむだづかいされることをあらかじめ防止することが好ましい。
【００７３】
さらに図８に示したように、無接点電力充電ステーション１０には無線充電が可能な専用のバッテリーパックである無接点電力受信装置５０を認識するために固有ＩＤ信号を認識する機能及び充電状態を認識するために外部に表示するためのディスプレー（ＬＥＤまたはＬＣＤなど）で構成される表示部１０１などを構成して、このような構成を通じて情報を出力する段階（未符号）をより備えることができる。
【００７４】
これと共にポータブル装置に内蔵された無線データ通信機能と同期化することができる無線通信モジュール（Bluetooth、zigbee、wifi、wibro）など、充電しようとするポータブル装置以外の他の金属異物質が上げられた場合にこれを感知して遮断させることができる異物質感知機能、過負荷と温度プロテクション機能などを遂行する段階をさらに備えることができる。
【００７５】
添付された図８は図７が遂行される過程での無接点電力充電ステーション１０の動作手順図であり、図９は図７が遂行される過程での無接点電力受信装置５０の動作手順図である。
【００７６】
一方、本発明による無接点電力充電ステーション１０のステーション部３０に構成されるコアは、既存の従来技術によるボンドワイヤを使うリッツコアの形態でコアを具備しないで、薄膜平面形態であるパワートランスＰＣＢコア（ＰＴ−ＰＣＢコア）で構成されることで、既存のコアより良好な特性を持ちながら使用及び製造が容易で向上された機能を持つように具備されるのである。
【００７７】
特にこのように備えられる平面薄膜形態であるパワートランスＰＣＢコアが一つだけである場合には概して異物質感知機能及びその他の電力送信の効率の低下などによって一つのコアの大きさを４５〜５５Фで構成するのが好ましい。
【００７８】
一方、前記コアの範囲より広い範囲でバッテリーパックが動く場合には単一のコアでは電力送信が安定的に遂行するのに困ることがある。もし、これを解決しようと単一コアの大きさを大きくすると、磁場の強度が集中されてコアの中央部分の磁場の強度があまり大きくなる反面 、外側は強度が低くなって、放物線構造を成すから送信される電圧が不均衡を成すようになる。
【００７９】
したがって単一のコアになる場合にはステーション部３０の充電プレートを小さくして無接点電力受信装置５０が動かないように構成して、一方無接点電力受信装置５０の大きさが大きくなるとかまたは多数の無接点電力受信装置５０が充電作動されるようにするためにステーション部３０の大きさを大きくする場合には、単一のパワートランスＰＣＢコアを複数個に構成するが、本発明の図２、図５、図６などのように複数層にして多数のコアが具備されるようにする際、平面上ではコアがお互いに重なるようにして、無接点電力受信装置５０が揺れで動いてもいつも安定的な電力送信が成り立つように構成するのが好ましい。
【００８０】
そして図６のように無接点電力充電ステーション１０の受信信号処理部１９は無接点電力受信装置５０で送信される固有ＩＤ値段のデータ信号を認識するために、フィルタリング技術を適用して、ＬＣ共振信号を抽出する機能を持つようになる。また送信コントローラー１１では一定期間パルス信号が発信されるように制御して、ここに２次側の無接点電力受信装置５０側から固有ＩＤ信号を送るようになってこれを受信すれば、これを判別するＩＤスキャニング機能を持つようになって、直列共振型コンバータの四相スイッチのシーケンスを制御するための信号を発生させるようになる。そしてプレドライバー１５を通じて共振型コンバータ１４のスイッチング機能をするようになる。
【００８１】
ここにステートコントロールブロック２２は３個の平面ＰＣＢ捲線コア、すなわち平面螺旋形コア構造を持つパワートランスＰＣＢコア（ＰＴ−ＰＣＢコア）になる１次側コア部３１の中である一方のコアで誘導磁場が発生されるようにスイッチング作動するように構成する。
【００８２】
そしてこのように発生される誘導磁場に対して、無接点電力受信装置５０の２次側コア部５１及び整流部ブロック５２などによって誘導された電圧は整流回路を通じて整流するようになる。また無接点電力受信装置５０のバッテリーパック制御部５４では１次側へ送る固有ＩＤデータ信号を発信することになって、以後に充電モードに入るための充電ＩＣオン/オフ制御スイッチ機能を遂行して、満充電の時充電ＩＣから状態値のフィードバックを受けて１次側へ送る機能を遂行して、バッテリーセルに充電するための充電回路部ブロック５５を制御して、充電監視回路部ブロック５６を制御してバッテリーセル５３が過電圧、過電流、低電圧などになることを感知データの受信を受けるように具備される。
【００８３】
前記のような本発明による無接点電力充電ステーション１０において、１次側コア部３１が四角形状の複層で具備される場合、言い換えれば図２、図５及び図８などに示したように第１上部コア３３２、第２上部コア３３３を備えて底部コア３３１を下側に備える場合を察すれば、２次側コア部５１（図５で‘Ｌｏａｄ＃１’と表記する四角領域）が１次側コア部３１のどの位置にあると言っても３個の平面ＰＣＢ捲線コアであるパワートランスＰＣＢコア（ＰＴ−ＰＣＢコア）になる第１上部コア３３２、第２上部コア３３３、そして底部コア３３１の中でどのコアの領域内に位するようになる。
【００８４】
したがって２次側コア部５１が１次側コア部３１のどの位置に位しても当該の１次側コア部３１の位置を判別して当該のコアだけ充電作動されるように構成される。
【００８５】
言い換えれば、図５で‘Ｌｏａｄ＃１’と表記する領域である２次側コア５１を第１上部コア３３２上に位置する場合は第１上部コア３３２だけ動作されるように制御して、第２上部コア３３３と底部コア３３１はオフ状態になるように制御する。
【００８６】
そして図５のとおりに第１上部コア３３２上にあった２次側コア部５１が第２上部コア３３３上へ移動するようになると、第１上部コア３３２の作動はオフさせて第２上部コア３３３は動作されるように制御して、無接点電力受信装置５０に対する充電動作が連続して進むように制御する。
【００８７】
またこのように充電作動中の無接点電力受信装置５０は整流端で測定される電圧が基準値以下（例えば４．５Ｖ以下）になると、図９のように無接点電力充電ステーション１０に電力補償に対するデータ送信をして、無接点電力充電ステーション１０は無接点電力受信装置５０から送信される電力送信の補償に対する信号を受信して、図８のように電力送信パワー（Power）が調節された状態に補償された電力信号を無接点電力受信装置５０へ送るようになる。
【００８８】
そして、図８及び図９に示したような制御アルゴリズムによって２次側の無接点電力受信装置５０での誘導電圧が４．５〜５．５Ｖ程度に調節されて安定的に充電されるようにする。
【００８９】
一方、１次側コア部３１と２次側コア部５１の構成である単位コアは図１０のように構成される。
【００９０】
言い換えれば、同材質のコア３３０をこのむ形状で配置して、接着部材３３０’を利用して配置されたコア３３０の流動を固定することと同時に、図２に示したコアベース３２及び間隔部材３２１に単位コアを固定設置するようになる。ここで、前記同材質のコア３３０は断面形状が円形の形状を持つことで現わしたが、当業者の要求によって四角形等で変形が可能であり、平面上での単位コアに対する全体的な形状は円形、楕円形、四角形などの多角形で構成することができる。
【００９１】
前記ように構成される単位コアの大きさ別特性に対してみると、表１に示したようになる。
【００９２】
【表１】
0005393804.tif 000002
【００９３】
表１のように、２次側の無接点電力受信装置５０での整流端の測定時の負荷（＠２．５Ｗ）は負荷電流５００ｍＡ、５Ｖでの負荷測定をした場合であり、電圧ドロップ差（Ｖdrop）は無接点電力受信装置５０の２次側コア部５１を通じて整流端で発生される電圧にして、バッテリーセルに４．５Ｖに充電される場合を例にしたのである。
【００９４】
前記表１に示した測定結果のように無負荷時（no load）の無接点電力充電ステーション１０の１次側コア部３１の大きさが大きくなるほど整流端の誘導電圧が大きくなるようになる。そして負荷時（＠２．５Ｗ）の１次側コアが大きくなることによって電圧ドロップ差が大きくなって電力消耗が多くなることを分かる。
【００９５】
したがって、一般的な携帯電話に適用される無接点電力受信装置５０であるバッテリーパックの場合、無接点電力充電ステーション１０の１次側コア部３１では一つのパターンコアが５０×４５ｍｍにして四角形状の構造にして、一方に無接点電力受信装置５０の２次側コア部５１のコアはこれより小さくして四角形状の構造で形成するのが好ましい。
【００９６】
前記ように構成される単位コアの形状別特性に対してみると表２に示したようになる。
【００９７】
【表２】
0005393804.tif 000003
【００９８】
前記表２では１次側コアの形態によって２次側コアの位置が変わることに対する特性表で、円形形態で具備させる場合にはコアの中央部分での電力送信の特性は良好だが、外側に２次側コアを位置させる場合には送信特性が低下されるのである。一方に四角形状で１次側コアを形成する場合には外側に２次側コアが移動されても電力送信効率が低下されなくて位置による制約が少ないことを分かる。
【００９９】
参考で、図１１は誘導電力の電圧を補正する前のグラフであり、図１２は補正後のグラフとして、図８及び図９に現わしたアルゴリズムが適用されて電力送信が成り立つ場合に安定的な電源供給が可能になることを現わしたのである。
【０１００】
一方、図２のように構成される本発明によるコアの特性と従来のリッツコアに対する特性をみると、表３に示したようになる。
【０１０１】
【表３】
0005393804.tif 000004
【０１０２】
表３で従来のリッツコアと本発明によるコアを比べるにおいて、本発明のコアは、同材質のコアにＰＳＲコーティングしたことと、同材質のコアに無電解金めっきしたことをそれぞれ現わした。勿論、本発明は前記数値によって限定するのではなくて、本発明の思想範囲内で多様な数値に適用して実施することができる。
【０１０３】
表３で効率と温度は１次側の無接点電力充電ステーション１０で誘導磁場の発生のために入力されるパワーに対して、２次側の無接点電力受信装置５０で受信される出力パワーの比（‘２次側 DC Output Power’／‘１次側 DC Input Power’）になる効率（または温度）を現わしたことであり、２．５Ｗの負荷が２次側にかかった時の効率（または温度）を現わしたものである。
【０１０４】
このように本発明で同材質でＰＳＲコーティングするとかまたは無電解金めっき層を形成してパワートランスＰＣＢコアで２次側コア部５１を形成するから、効率は既存のリッツコアと類似に出てもコア自体を製造するために必要となる材料の量が少なく消耗されるだけでなく、製造過程も単純になる長所がある。もちろん無接点電力受信装置５０に設置することも容易になる。
【０１０５】
さらに誘導磁場に対する電力信号の受信効率においてコアではインダクタンス変化率が安定的でなければならないが、従来のリッツコアではインダクタンス変化率が高い一方、本発明によるパワートランスＰＣＢコアの平面螺旋形コア構造になる場合にはインダクタンス変化率が安定的になるから全体的に電力信号の受信効率が安定的で向上する特徴がある。
【０１０６】
特にこのような本発明によるパワートランスＰＣＢコアになるパターンコアではＰＣＢの上部に具備される同材質のコアにおいて、ＰＳＲコーティングする場合と、無電解金めっきして用意される場合に対して表３のようにその性能に対してそれぞれ示した。
【０１０７】
このように具備される本発明による無接点電力受信装置５０の２次側コア部５１の効率に対して図１５を参照して詳しく察すれば次のようである。
【０１０８】
コアの内側直径をＤinとし、外側直径をＤoutとした時、まずインダクタンスＬの計算値はcurrent sheet approximation方式によって次のように計算することができる。
【０１０９】
〔数式１〕
Ｌ＝μ×ｎ２×ｄａｖｇ×ｃ１（ｌｎ（ｃ２／ｐ）＋ｃ３×ｐ＋ｃ４×ｐ２）
ここで、
μ＝４π×１０−７、
ｎ＝ターン数（number of turn）、
ｄａｖｇ＝（ｄｏｕｔ＋ｄｉｎ）／２、
ｐ＝（ｄｏｕｔ−ｄｉｎ）／（ｄｏｕｔ＋ｄｉｎ）、
ｃ１＝１．０９、
ｃ２＝２．２３、
ｃ３＝０、
ｃ４＝０．１７
である。
【０１１０】
また、Ｑ（quality factor）の場合に次のように計算する。
【０１１１】
〔数式２〕
Ｑ＝ωＬ／Ｒｅｑ
ここで
ω＝２×π×ｆ、
Ｌ＝インダクタンス、
ｆ＝周波数、
Ｒｅｑ＝等価抵抗
【０１１２】
とした時、普通のリッツコアの場合にＱの値が、表３のように２０〜５０の範囲の値を持つことに比べて、本発明のように平面螺旋形コア構造（平面PCB winding core）を持つ場合には低いＱ値（例えば、２０以下）をとなる。高いＱ値は低いＤＣＲ値に基づいており、ＤＣＲ値を改善するようにＦＣＣＬ（Flexible Copper Clade Laminate）などを含む平面ＰＣＢコアにＰＳＲ（Photo Solder Resist）インクを利用するコーティング層を形成さするように構成する。このようなＰＳＲインクは腐食を防止して絶縁をするためのコーティング製で、このような方式を利用した場合にＤＣＲ値が高くて低いＱ値を得るようになる。
【０１１３】
言い換えれば、本発明ではＦＣＣＬを含む平面ＰＣＢコア上の同材質のコアに無電解金めっき（０．０３μｍ）をして、ＤＣＲ値を１／３に下げて価格は同程度ながら性能は改善したのである。
【０１１４】
そして、下の表４は前記のように平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコア（ＰＴ−ＰＣＢコア）に加えて、誘導磁場を遮断するための遮蔽部３５を構成した結果に対する実験値である。
【０１１５】
【表４】
0005393804.tif 000005
【０１１６】
前記表４のように、図２に示した遮蔽部３５を備える場合には遮蔽部３５を備えない場合より効率が向上する。
【０１１７】
言い換えれば、単一層のコアに具備する場合に、表３のように遮蔽部を備えない場合にはＱが９で効率が５３％になる一方、遮蔽部を一緒に備える単一層のコアの場合は表４のようにＱが１２で５８％の効率を見せている。
【０１１８】
また、複層で平面ＰＣＢコアを備える場合には遮蔽部シールドを備えない表３でＱが２０で効率は６０％である一方、遮蔽部シールドを一緒に備える場合には表４のようにＱが２７で効率が６７％で向上した効率を見せていることを分かる。
【０１１９】
図１６に示したような本発明による平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコア（ＰＴ−ＰＣＢコア）に対する特性をよく見るために、一側のコアでは一定の電流を流れるようにして誘導磁場が発生されるようにして、他のコアではこのような磁場によって発生される電圧を測定する。（ｄ：隔離距離、本試験ではおおよそ３ｍｍを例に測定する）。
【０１２０】
ここで遮蔽部を備えた場合に対する誘導電圧の受信効率（ＳＥ、Shield Efficiency）は遮蔽部を備えない場合の平均電圧値（Vrms without Shield）と遮蔽部を備える場合の平均電圧値（Vrms with 3Layer Shield）により次の式のように現わすことができる（rms＝root  mean  square）。
【０１２１】
〔数式３〕
ＳＥ＝２０ｌｏｇ１０（Vrms without Shield／Vrms with 3Layer Shield）
で計算することができる。
【０１２２】
入力側の電流が０．５Ａの場合、Vrms without Shieldの場合に１７０ｍＶで測定され、一方遮蔽部シールドを備えたVrms with 3Layer Shieldでは０．５ｍＶが測定されて、      
【０１２３】
〔数式４〕
ＳＥ＝２０ｌｏｇ１０（１７０／０．５）＝５０．６２（ｄＢ）
の値を得ることができる。
【０１２４】
一般的に４０ｄＢ以上の特性の場合が平均的数値であるのに対し、おおよそ５０ｄＢ程度の特性が現われたことで遮蔽部シールドの具備による性能の優秀さが分かる。
【０１２５】
以上は、本発明による平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーション及び制御方法についてみたものである。
【０１２６】
以下では、図１のような本発明による平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力受信装置５０に対して、図１３、図１７及び図１８を参照して具体的な実施例を説明する。
【０１２７】
図１７及び図１８に示した本発明による無接点電力受信装置５０は、バッテリーセル５３の先端のふちまたは側部のふちに前記バッテリーパック制御部５４を備える充電ＰＣＢボード７１、８１が構成される。
【０１２８】
そして、先端のふちまたは側部のふちの前記充電ＰＣＢボード７１、８１には前記ポータブル装置側に電源を供給するためのターミナル端子部５８を備える。ここで、ポータブル装置とターミナル端子部５８は端子接触される。
【０１２９】
このようなターミナル端子部５８には多数の端子（Ｐ＋、Ｐ−、ＩＤなど）を備えることで、無接点電力受信装置５０の電源をポータブル装置側に供給するための多数の端子５８１ないし５８３を備えることができるし、このような端子は無接点電力受信装置５０とポータブル装置の間に情報送信のためのデータ信号の送受信の機能を遂行する。したがって、このようなターミナル端子５８によって、充電程度及び電力送信に対する詳細データ情報が送受信されることができる。
【０１３０】
そして無接点電力充電ステーション１０及び無接点電力受信装置５０を仲介媒体にして、図１に示したコンピューター（Ｃ）などから送信されるデータをポータブル装置に送信されるようにすることができる。したがってポータブル装置（Ｍ）の充電作動とともに、インターネットをつなぐことができるコンピューター（Ｃ）などを通じてアップグレードなどのようなデータ資料の送信を受けることもできる。
【０１３１】
一方、前記バッテリーセル５３は、後端に下部ケース７２、８２が結合されて、先端に先端ケース７３、８３が結合されて、前記バッテリーセル５３の外部に外部ケース７４、８４が結合されて備えられる。
【０１３２】
言い換えれば、前記無接点電力受信装置５０は前記先端充電ＰＣＢボード７１を前記バッテリーセル５３の先端のふちに結合された先端結合型で備えられるとか、または前記側部充電ＰＣＢボード８１が前記バッテリーセル５３の側部のふちに結合された側部結合型で備えられる。
【０１３３】
したがって先端型結合型で具備される先端充電ＰＣＢボード７１は先端ケース７３と先端ＰＣＢケース７５の間に内在してバッテリーセル５３の端子及び２次側コア部５１とそれぞれ繋がれるのである。また側部結合型で具備される側部充電ＰＣＢボード８１は前記バッテリーセル５３の側部に結合される側部ＰＣＢケース８５に内在してバッテリーセル５３の端子及び２次側コア部５１とそれぞれ繋がれるように具備するのである。
【０１３４】
もちろんこのような前記充電ＰＣＢボード７１，８１には前記２次側コア部５１と繋がれて誘導電流を整流する整流部ブロック５２（Rectifier block）と、前記２次側コア部５１によって送受信されるデータを処理するバッテリーパック制御部５４と、前記バッテリーパック制御部５４の制御によって前記整流部ブロック５２から供給される電力がバッテリーセル５３に充電されるようにする充電回路部ブロック５５と、前記バッテリーセル５３の充電の程度を見張って満充電または放電状態の信号を前記バッテリーパック制御部５４へ送る充電監視回路部５６と、を備えるのである。
【０１３５】
そしてバッテリーセル５３の上部に具備される２次側コア部５１によって発生される誘導電流は充電ＰＣＢボード７１，８１に具備される整流部ブロック５２で整流された後、バッテリーパック制御部５４の制御によってバッテリーセル５３の端子を通じて充電されるのである。そしてこのような電源はバッテリーパック制御部５４、充電回路部ブロック５５などによってターミナル端子部５８を通じてポータブル装置に供給されるのである。
【０１３６】
このような前記ターミナル端子部５８は中央に位置する中央端子部５８２、中央端子部５８２に対して左側に位置する左端子部５８１、中央端子部５８２に対して右側に位置する右端子部５８３などを備えるのである。
【０１３７】
このように一つの無接点電力受信装置５０には左端子部５８１、中央端子部５８２、そして右端子部５８３などを備えることで、一つの無接点電力受信装置５０を多様な形態のポータブル装置に適用しても、結合されるポータブル装置の電力端子の位置によって左端子部５８１、中央端子部５８２ または右端子部５８３の中で少なくともある一つのターミナル端子部５８と接触が可能になるように具備するのである。
【０１３８】
したがってどのポータブル装置（Ｍ）と結合しても無接点電力受信装置５０を変形しなくてもそのまま適用ができるようにして、実装適用範囲と活用度が進められるようにする。
【０１３９】
特にポータブル装置である携帯電話、ＰＤＡ、ＰＭＰ、ＭＰ３プレーヤー、ＤＭＢなどはそれぞれ多数の個別の製造会社で製造されるから、それぞれのバッテリーパックである無接点電力受信装置５０と接触される電源端子が製造会社別に多様に備えられる。
【０１４０】
したがって本発明の平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力受信装置は、このように多様な形態に製造されることができるポータブル装置に対してもいつも適用が可能にさせるために、左端子部５８１、中央端子部５８２、右端子部５８３などに多様な端子を備えて、どのポータブル装置にも適用が可能にさせる長所がある。
【０１４１】
また、このような充電ＰＣＢボード７１，８１のターミナル端子部５８である左端子部５８１、中央端子部５８２、右端子部５８３ などの位置と対応される先端ＰＣＢケース７５と側部ＰＣＢケース８５には左端子通孔７５１、８５１、中央端子通孔７５２、８５２、右端子通孔７５３、８５３などがそれぞれ形成されて、ポータブル装置の電源端子と左端子部５８１、中央端子部５８２、右端子部５８３ などとそれぞれ繋がれるようになる。
【０１４２】
そしてこのような左端子通孔７５１、８５１、中央端子通孔７５２、８５２、右端子通孔７５３、８５３などにはそれぞれの通孔と結合される通孔カバー５８５を備える。
【０１４３】
したがって使われるターミナル端子部５８に当該の通孔の通孔カバー５８５だけ開放して利用されるようにして、利用されないターミナル端子部５８の通孔と結合された通孔カバー５８５は結合された状態が維持されて閉まるように備えることで、使われない通孔に異物質、水気などが浸透しないようにして無接点電力受信装置５０の器機異常の現象が発生しないようにするのである。
【０１４４】
また、図１３のように、前記充電監視回路部５６には前記ターミナル端子部５８の前記左端子部５８１、中央端子部５８２、右端子部５８３ の中である一つの端子部に電力送信が成り立つように制御するためのターミナルコントローラー５６１を備えることができる。
【０１４５】
ここに本発明では左端子部５８１、中央端子部５８２、右端子部５８３の中でポータブル装置（Ｍ）の電源端子と対応される端子側だけで電源を供給するようにターミナルコントローラー５６１を備えることで、図１３のように充電監視回路部５６に具備されることを例示したのである。そしてポータブル装置の電源端子（未図示される）と対応されるターミナル端子部５８に、左端子部５８１、中央端子部５８２、右端子部５８３の中で当該の端子部がポータブル装置の電源端子と繋がれるように、当該の端子の通孔カバー５８５をとり除くようになって、以後にポータブル装置と無接点電力受信装置５０が結合されると、ポータブル装置と無接点電力受信装置５０はお互いに端子によって電気的に繋がれるようになる。
【０１４６】
ここに当該繋がれた端子を通じて電気接続されたことをバッテリーパック制御部５４で判別して、ここにバッテリーパック制御部５４ではターミナルコントローラー５６１を通じて当該の端子に電源が連結されるようにスイッチング作動制御信号を送る。
【０１４７】
一方、バッテリーパック制御部５４の制御によって、ターミナルコントローラー５６１では繋がれない余りの二つの端子は電源が連結されないように遮断するスイッチング作動をする。
【０１４８】
したがって異物質などがついても、使われない端子が接続されないから無接点電力受信装置５０及びポータブル装置が損傷されないようにする長所がある。
【０１４９】
以上で本発明による平面螺旋形コア構造のＰＴＰＳコアを備える無接点電力充電ステーション、無接点電力受信装置及びその制御方法に対して説明した。このような本発明の技術的構成は本発明が属する技術分野の当業者が本発明のその技術的思想や必須特徴を変更しなくても他の具体的な形態で実施されることができるということを理解することができる。
【０１５０】
それで、以上で記述した実施例はすべての面で例示的なことであり、限定的ではないこととして理解しなければならないし、本発明の範囲は前述の詳細な説明より後述する特許請求範囲によって示され、特許請求範囲の意味及び範囲そしてその等価概念から導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の範囲に含まれることに解釈しなければならない。
【０１５１】
前記ように構成された本発明は、ポータブル装置に誘導磁場を利用して電力信号を送る無接点電力充電ステーションの１次側コアがコアベースに平面螺旋形コア構造になるパワートランスＰＣＢコアで具備されるから、形態が単純で無接点充電器に装着するのが容易にて適用性が向上する卓越した効果がある。
【０１５２】
また、リッツコアではない厚さの薄いパワートランスＰＣＢコアになるから、単一層でだけでなく複層でも構成することができて、ポータブル装置がどの位置に移動されてもいつも充電作動が成り立つようにして、安定的に充電されるようにする長所がある。
【０１５３】
特に、充電が進行される過程で発生する振動などの揺れによってポータブル装置に構成された無接点電力受信装置が移動される場合にも電力送信制御アルゴリズムを通じて電力送信が安定的に成り立つようとすることで、電力送信の効率を進めることができる。
【０１５４】
これに加えて本発明は、無接点電力受信装置側の受信コアである２次側コアが平面螺旋形コア構造のパワートランスＰＣＢコアで構成されることによって、受信側のコアの体積を最小化することができて、無接点電力受信装置の全体の大きさを最小化することは勿論、ポータブル装置に装着される適用性を進めることができる効果がある。
【０１５５】
特にこのようなパワートランスＰＣＢコアはＰＣＢに平面形態に形成されるから製作が容易になることは勿論、無接点電力受信装置の電力受信の特性が向上する長所を得ることができる。
【０１５６】
そして、無接点電力受信装置の２次側コアに構成される遮蔽部によって無線電力信号を遮蔽することで、無接点電力受信装置に実装される他の電子素子の動作性能を保障して製品の信頼性及び安全性を進めて安定的に充電ができる長所がある。
【０１５７】
さらに、一つの無接点電力受信装置の接続端子が多数で構成されるから、一つのバッテリーパックでも多様なポータブル装置に適用することができて、製品の汎用性及び互換性を進めることができる効果がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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